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문제 정의
- 본 논문에서는 도체면 구조의 소형 개루우프 안테나 모델에 대한 수치해석을 통하여 안테나 구조가 갖는 파라미터의 변화에 대한 공진주파수와 입력임피던스 변화 관계를 알아보았다.
제안 방법
- 그리고 이러한 구조의 안테나 모델에서 루우프의 개방 구간은 폐루우프에서 30o의 폭을 개방시켜 개루우프로 하였으며. 개방 단으로부터 시계방향으로 Zl = ll〔mm]인 지점에 단락점을 위치시키고, 단락점으로부터 £2= 38(mm)인 지점에 급전점을 두었으며, 또 다른 개방단으로부터 반 시계 방향으로 £3=35〔mm〕인 지점에 부하점을 두어, 부 하 인덕턴스를 장착할 수 있도록 하였으며, 부하로 사용되는 인덕턴스의 값은 O.5~O.7〔UH)와 1.0〜3.0[μH]의 범위에 있도록 하였다.
- 따라서 본 논문에서는 안테나의 동작 이득이 저항에 비하여 높아지는 경향을 보이면서 입력임피던스와 공진주파수에 영향을 줄 수 있는 인덕턴스를 부하로 사용하여 수치계산하였다.
- 본 논문에서 제시된 안테나 모델의 부하점에는 인덕턴스를 부하로 사용하였다. 부하점에 저항을 사용하는 경우에는 소모전력의 증가로 인하여 방사전력이 약해지고 안테나의 이득이 떨어지는 경향을 보였다.
- 본 논문에서 제시한 해석 안테나 모델은 접지면으로부터 일정 높이에 수평으로 놓인 개루우프 형의 안테나를 기본 모델로 설정하고 안테나가 갖는 동작특성을 분석하였다.
- 본 논문에서는 접지도체면 상의 일정 높이에 도체면 구조로 만들어지는 루우프 형태의 방사체를 수평으로 위치시키고, 루우프의 일단을 개방시켜 개루우프로 하였으며, 개루 우프 상의 일점을 급전점으로 하고. 급전점의 좌 .
- 개루우프의 폭. 부하로 사용되는 인덕턴스의 값의 변화에 대한 안테나의 입력임피던스와 공진주파수의 변화특성을 주파수 범위 300〜500(㎒) 대역에서 고찰하였다.
- 수치해석에서는 개루우프 반경 및 폭의 크기, 접지면과 방사체사이의 높이, 부하로 사용되는 인덕턴스 값을 변경시켰을 때, 안테나의 공진주파수와 입력임피던스의 변화관계를 조사하였다.
- 이상으로 안테나의 특성의 변화와 관계되는 여러 안테나 파라미터 값들을 변화시켰을 때 나타나는 공진주파수와 입력임피던스 변화 관계를 수치해석을 통해 알아보았다.
- 한편, 개루우프의 반경을 변화시키는 경우에는 그에 상응하게 상기의 여러 점들 사이의 길이를 동일한 비율로 변경 시켜 해석하였다.
대상 데이터
- 급전점의 좌 . 우측으로 일정거리 지점에 부하를 장착하기 위한 부하 기로점과 단락점을 가진 안테나로 구성하였다.
이론/모형
- 본 논문에서 제안된 안테나 모델에 대해 Galerkin 해법에 기초한 모멘트법을 이용하여 수치해석한 결과. 안테나의 동작특성에 영향을 주는 파라미터들 중, 개루우프의 반경 및 폭의 증가는 안테나의 공진주파수를 낮은 주파수 방향으로 이동시키는 반면.
- 이러한 형태의 안테나에 대하여 입력임피던스와 공진주 파수의 변화특성을 Galerkin해법에 기초한 모멘트법〔10〕 〔11)을 사용하여 수치해석하였다.
성능/효과
- 결론적으로, 본 논문에서 제시된 도체면 구조의 소형 개루우프 안테나 모델에서 최적의 파라미터는 방사체로 사용 된 개루우프의 반경은 20〜폭은 2.5〜3.5 [mm], 접지면과 방사체의 높이는 2.5~3.5〔mm〕, 부하 인덕턴스 값은 0.5〜3BH〕로서, 이때 공진주파수는 350〜 400CMM 대역을 중심으로 나타났으며, 공진주파수에서의 입력임피던스의 값은 거의 50(Q) 정도로 나타나고 있음을 확인할 수 있었다.
- 또한 제시된 안테나 모델에서 부하로 사용된 인덕턴스 값의 변화는 공진주파수의 이동에 영향을 주기보다는 공진 주파수에서의 입력임피던스 값의 크기를 조절할 수 있는 파라미터로 작용하고 있음을 알 수 있었다. 그리고 부하를 커패시턴스로 사용하는 방법〔9〕보다는 인덕턴스를 사용할 경우 공진주파수에서의 임피던스 정합이 더 용이함을 확인하였다.
- 또한 제시된 안테나 모델에서 부하로 사용된 인덕턴스 값의 변화는 공진주파수의 이동에 영향을 주기보다는 공진 주파수에서의 입력임피던스 값의 크기를 조절할 수 있는 파라미터로 작용하고 있음을 알 수 있었다. 그리고 부하를 커패시턴스로 사용하는 방법〔9〕보다는 인덕턴스를 사용할 경우 공진주파수에서의 임피던스 정합이 더 용이함을 확인하였다.
- 안테나의 동작특성에 영향을 주는 파라미터들 중, 개루우프의 반경 및 폭의 증가는 안테나의 공진주파수를 낮은 주파수 방향으로 이동시키는 반면. 접지면과 방사체사이의 높이의 증가는 공진주파수를 높은 방향으로 이동시키는 파라미터로 작용하고 있음을 알게 되었다.
- 해석 안테나 모델에서 개루우프 반경, 접지면에 대한 방사체의 높이, 개루우프의 폭은 공진주파수를 이동시키는데 보다 큰 영향을 주는 것으로 생각 할 수 있으며, 또한 공진 주파수에서의 입력임피던스의 변화는 부하 인덕턴스 L 값에 의해 조절할 수 있음을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 이와 같은 루우프 안테나에서 임의의 일단(一端)을 개방시켜 개루우프의 형태로 만 들고. 개루우프 상에서의 전류분포 특성이 일차함수적인 분포가 되도록 함으로서 전파에너지의 흡수특성을 이용하는 마이크로파 수분 센서용 안테나로서 적합한 구조로 사용할 수 있다⑼.
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